MES在汽車製造中的應用之工藝篇(1) -- 乘用車製造工藝

乘用車通常包括家庭轎車、運動型多功能車(SUV)、多乘員車(MPV)。

乘用車通常採用承載式車身，即由鋼板焊接成的車身形成車輛的主體結構，底盤、發動機、變速器、內飾等都是安裝在車身上的。車身通常採用衝壓成型的鋼材經由焊接成型，目前使用較為廣泛的是籠式車身，即車輛鋼板、鋼樑、肋條通常焊接形成一個類似籠子的結構。籠式車身的特點是安全性高、抗衝擊性強、對乘客保護好、空間大、車重輕。

乘用車的製造過程主要由4大工藝組成：衝壓、焊接、噴塗、總裝。

乘用車通常使用3D CAD軟體進行車輛的造型設計，並使用3D CAD進行車輛的鈑金設計、夾具設計等。

在衝壓工藝段，工藝工程師根據3D CAD模型設計各鈑金件的衝壓模具，衝壓作業時，壓機載入成卷鋼板和模具，通過衝壓成型的方式形成各種類型的衝壓零件。此工藝段的鋼板厚度和模具精確度對車輛安全有重大影響。在衝壓車間，MES的主要功能是監控設備的實時運行狀態，因為設備的可用性直接決定了生產效率。

在焊接工藝段，焊接機器人將衝壓件焊接形成車身主體結構，並附加強化鋼樑和肋條。此工藝段的焊接質量、焊點分布均勻度對車輛安全有重大影響。在質量管理方面，通常會通用專業軟體比對設計焊點位置和實際焊點位置，生成統計分析報表。焊接完成的車身會運送到焊裝緩衝區WBS(Welded Body Store)。

焊接工藝的主要作業有：

1) 焊接發動機艙、前地板、後地板(又稱三大件)。

2) 將三大件焊成車輛的骨架。

3) 焊接左右側圍。

4) 將側圍焊到車輛骨架上，並形成ABC柱。

5) 焊接車門及肋條，並安裝到車身。

圖1.1-1顯示了車身的主要結構。

圖1.1-1：車身主要結構

圖1.1-2顯示了焊接的主要作業流程：

圖1.1-2：焊接主要作業流程

在焊接車間，MES的主要功能是自動下發工單給上線工位，如三大件和左右側圍。目前整車廠基本上都根據訂單來安排生產，也就是訂單的順序決定了車輛的生產順序。因此在上線工位，設備並不知道下一台車的車型和配置信息，需要由MES自動下發給設備PLC。

在噴塗工藝段，車輛要塗底部防腐蝕層、中部過渡層、表面油漆層，並配合前處理、乾燥等輔助工藝。噴塗的大部分作業由設備自動完成，通常設備都安裝在空中；而人工的檢查、輔助噴漆放在地面層；此外噴塗車間還有2個輸送層，1層用於車輛緩存，1層用於空撬返回。噴塗完成的車輛會運送到噴塗緩衝區PBS(Painted Body Store)。

噴塗車間有幾十道較獨立的工藝段，而大部分工藝段以設備自動作業+人工維修的形式完成，由於作業人員較少，因此需要將問題車輛自動移送到維修區，MES提供質量路由模塊配合PLC完成此項功能。

圖1.1-3顯示了噴塗的主要作業流程：

圖1.1-3：噴塗主要作業流程

在總裝工藝段，車輛要裝配內飾(Trim)、底盤(Chassis)，並進行終裝(Final)，所以有的工廠把總裝又稱作TCF – 由Trim/Chassis/Final的首字母組成。

總裝工藝段的主要作業有：

1) 根據一定的調度規則，從PBS調用車輛。

2) 在前內飾線，安裝乘客艙、儀錶盤、天窗等設備。

3) 在底盤線，安裝底盤、發動機、變速器等設備。

4) 在後內飾線，安裝輪胎、座椅、車門等設備。

5) 在完成線，安裝附件、加註液體、檢查外觀等。

6) 在檢測線，進行軟體刷寫，並檢測四輪定位、大燈、尾氣等。

7) 另外還有車門、儀錶盤、發動機等分裝線。

總裝車間以人工裝配為主，涉及大量的物料配送，因此MES的主要功能包括：裝配指示、裝配防錯、物料拉動、設備集成等。

圖1.1-4顯示了總裝的主要作業流程：

圖1.1-4：總裝主要作業流程

圖1.1-5是一個典型主機廠的整體布局：

圖1.1-5：乘用車總體製造工藝